4多层框架结构设计.

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1、4框架结构设计 结构设计结构结构结构布置布置布置计计计算模型算模型算模型荷荷荷载载载分析分析分析内内内力力力计计计算算算截面截面截面设计设计设计构构构造要求造要求造要求变变变形形形验验验算算算内力内力与位移计算的一般原则与位移计算的一般原则 计算的基本假定：计算的基本假定：一、高层建筑结构一、高层建筑结构按照弹性方法计算按照弹性方法计算，一般不考虑塑性变形，一般不考虑塑性变形影响影响 非抗震设计：在竖向荷载和风荷载作用下，结构构件处非抗震设计：在竖向荷载和风荷载作用下，结构构件处于弹性工作阶段于弹性工作阶段 抗震设计：针对多抗震设计：针对多遇地震作用遇地震作用，结构处于不裂的，结构处于不裂的弹

2、性弹性阶阶段段注明：对于弹性计算内力较大的构件，截面配筋困难时，可注明：对于弹性计算内力较大的构件，截面配筋困难时，可以考虑塑性重分布，大震不倒的要求主要靠构造措施保以考虑塑性重分布，大震不倒的要求主要靠构造措施保证证二、荷载分配考虑位移协调条件二、荷载分配考虑位移协调条件 高层楼板平面内刚度很大，几乎不变形，同层各构件水平同层各构件水平位移相同，位移相同，框架结构的各片框架的水平力可以按照框架结构的各片框架的水平力可以按照抗侧刚抗侧刚度度分配，剪力墙结构中各片剪力墙的水平力大致按照分配，剪力墙结构中各片剪力墙的水平力大致按照等效等效刚度刚度分配分配 楼板平面外刚度不考虑，要满足楼板刚度无限大

3、的计算假定，楼面构造要保证楼板刚度无限大现浇楼盖一片框架或剪力墙在自身平面内刚度很大自身平面内刚度很大，可以抵抗在本身平面内的侧向力；而在平面外的刚度很小，可忽略平面外的刚度很小，可忽略，即垂直该平面的方向不能抵抗侧向力整个结构可分不同方向的平面抗侧力结构，共同抵抗结构承受的水平荷载刚性楼板将各平面抗侧力结构连接在一起共同承受水平荷载4.1框架结构布置一、结构布置 柱网布置和框架梁布置1 柱网布置柱网布置 柱网尺寸不宜大于10mx10m抗震设防时不宜考虑单跨框架2 框架梁布置框架梁布置 双向承重双向承重:由于高层建筑纵横两个方向都承受较大水平力，由于高层建筑纵横两个方向都承受较大水平力，因此，

4、在纵横两个方向都应按框架设计。因此，在纵横两个方向都应按框架设计。1 1 框架梁截面尺寸估算框架梁截面尺寸估算 框架结构的框架结构的主梁截面高度主梁截面高度 且不宜大于且不宜大于1/41/4净跨净跨;且不小于且不小于400mm400mm 截面宽度截面宽度不宜小于不宜小于1/4h1/4hb b，且不宜小于且不宜小于200mm200mm。bb)181101(lh 二、二、框架梁、柱截面尺寸估算框架梁、柱截面尺寸估算4nblh4hb2 2 梁的抗弯刚度梁的抗弯刚度 梁应考虑楼板的作用，当采用现浇楼盖时楼板可作为梁应考虑楼板的作用，当采用现浇楼盖时楼板可作为框架的翼缘，按框架的翼缘，按T T形截面计算

5、其惯性矩。形截面计算其惯性矩。1 1）翼缘有效宽度为梁每侧翼缘有效宽度为梁每侧6 6倍板厚，然后按倍板厚，然后按T T型或倒型或倒L L型计型计算惯性矩。算惯性矩。2 2）工程中为简化计算，可按下式计算梁的惯性矩：）工程中为简化计算，可按下式计算梁的惯性矩：楼板类型楼板类型边框架梁边框架梁中间框架梁中间框架梁现浇楼板I=1.5II=1.5I0 0 I=2.0II=2.0I0 0 装配整体式楼板I=1.2II=1.2I0 0 I=1.5II=1.5I0 0 装配式楼板I=II=I0 0 I=II=I0 0 I I0 0 梁矩形部分的惯性矩。梁矩形部分的惯性矩。3 3 框架柱截面尺寸估算框架柱截面

6、尺寸估算 框架柱宜采用正方形或接近正方形的矩形，两个主轴方向的刚度相框架柱宜采用正方形或接近正方形的矩形，两个主轴方向的刚度相差不宜过多。差不宜过多。框架柱的截面边长框架柱的截面边长 20VhM矩形柱矩形柱非抗震非抗震250mm250mm抗震抗震300mm300mm园形直径园形直径350mm350mm柱净高与截面长边之比宜大于柱净高与截面长边之比宜大于4 4。4H22H2H000000hhVhVVhM近似取高规要求剪跨比高规要求剪跨比矩形截面长短边之比矩形截面长短边之比不宜超过不宜超过3 3。在初步设计时，柱截面尺寸可按在初步设计时，柱截面尺寸可按轴压比轴压比确定。确定。ccANf0.65 0

7、.65（一级）（一级）0.75 0.75（二级）（二级）0.85 0.85（三级）（三级）1.01.0（四级或非抗震）（四级或非抗震）轴压比为轴压比为v1.2)N(1.1N（一三级）（一三级）v1.1)N(1.05N（四级或非抗震）（四级或非抗震）vN框架在竖向荷载作用下的轴力估算值。框架在竖向荷载作用下的轴力估算值。vN柱支撑的楼板面积柱支撑的楼板面积楼层数楼层数（12121414）1.251.25 ccNAf 轴压比限值轴压比限值轴力设计值一、计算单元一、计算单元 框架结构为空间结构，应取整体结构为计算单元，按空间框架进行内力框架结构为空间结构，应取整体结构为计算单元，按空间框架进行内力及

8、位移的计算，但对平面布置比较规则，柱距及跨度相差不多的框架结构，及位移的计算，但对平面布置比较规则，柱距及跨度相差不多的框架结构，计算中可将空间框架简化为平面框架，计算中可将空间框架简化为平面框架，在各榀框架中，选出一榀或几榀有在各榀框架中，选出一榀或几榀有代表性的平面框架作为计算单元，代表性的平面框架作为计算单元，每每榀框架按其负荷面积榀框架按其负荷面积 承担荷载承担荷载。4.2计算单元及计算简图计算单元及计算简图计算软件：PKTATSATWESAP2000ANSYSETABS可以抵抗在本身平面内可以抵抗在本身平面内的侧向力的侧向力平面外的平面外的刚度很小刚度很小，可忽略可忽略在自身平面内的

9、刚度很大平面外刚度很小，可以忽略 计算图形的简化简化计算方法或手算：高层建筑可以划分为若干平面结构 n（1）总水平荷载在各片平面抗侧力结构间的分配按刚度和变形分配n（2）计算每片平面抗侧力结构分到的水平作用下的内力和位移二、计算简图二、计算简图 计算简图是由计算模型及其作用在其中的荷载共同构成的。计算简图是由计算模型及其作用在其中的荷载共同构成的。框架结构框架结构的计算模型是由梁柱的截面几何轴线确定的，框架柱在其顶面按固结考虑的计算模型是由梁柱的截面几何轴线确定的，框架柱在其顶面按固结考虑。4 4框架梁为有加腋的变截面梁时，框架梁为有加腋的变截面梁时，如如I Iendend/I/Imidmid

10、4 4或或h hendend/h/hmidmid 1.61.6时，时，可不考虑加腋的可不考虑加腋的影响。影响。1当上下柱截面发生改变时，取截面小的形心线进行分析2当框架梁的坡度 时，可近似按水平梁计算1/8i 3当梁跨度相差小于10%时，可近似按等跨计算I Iend end 和和h hendend为加腋最高截面为加腋最高截面的惯性矩和梁高的惯性矩和梁高I Imid mid 和和h hmidmid为跨中等截面的为跨中等截面的惯性矩和梁高惯性矩和梁高4.3框架结构内力和侧移计算力法、位移法、力矩分配法一、框架在竖向荷载作用下的近似计算方法一、框架在竖向荷载作用下的近似计算方法分层法分层法1 1 基

11、本假定：基本假定：1 1）框架在竖向荷载作用下，结点侧移忽略不计；）框架在竖向荷载作用下，结点侧移忽略不计；2 2）每层梁上的荷载对其他各层梁内力的影响忽略不计。）每层梁上的荷载对其他各层梁内力的影响忽略不计。4 4）计算和确定梁、柱分配系数和传递系数）计算和确定梁、柱分配系数和传递系数开口框架的支座设为固定端与实际不符。为消除由此带来的误差，开口框架的支座设为固定端与实际不符。为消除由此带来的误差，除底层外，其它各层柱的线刚度均乘以除底层外，其它各层柱的线刚度均乘以 0.90.9，并取柱的弯矩传递系，并取柱的弯矩传递系数为数为1/31/3。2 2 计算要点：计算要点：3）计算各层梁上竖向荷载

12、值和梁固端弯矩1）将框架分层，各层梁跨度和柱高与原结构相同，柱端假定为固结2）计算梁、柱线刚度5 5）分层后，各开口框架的内力可由弯矩分配法计算。）分层后，各开口框架的内力可由弯矩分配法计算。最终弯矩取法为：最终弯矩取法为：框架梁的最终弯矩框架梁的最终弯矩即为各开口框架算得的弯矩；即为各开口框架算得的弯矩；框架柱的弯矩框架柱的弯矩，由上下两相邻开口框架同一柱的弯矩叠加而得。，由上下两相邻开口框架同一柱的弯矩叠加而得。6 6）最后算得的各梁柱弯矩在节点处一般不平衡，但误差不大。）最后算得的各梁柱弯矩在节点处一般不平衡，但误差不大。如有需要，可将节点不平衡弯矩再分配一次。如有需要，可将节点不平衡弯

13、矩再分配一次。例题：用分层法计算下图所示框架的弯矩图，括号内的例题：用分层法计算下图所示框架的弯矩图，括号内的数字表示每根杆件的线刚度数字表示每根杆件的线刚度 i=EI/i=EI/L L-13.138.774.3813.13-7.327.32-6.32-3.16-2.48-3.32-1.23-1.24-1.660.834.36-1.00.410.421.430.230.72-0.40-0.54-0.20-4.7715.05-13.620.774.77-0.771.59-0.26-1.43-0.48二、水平荷载下的近似计算 水平荷载：风荷载、地震作用框架弯矩图是直线分布的求内力的关键：每根柱都有

14、一个零弯矩点，称为反弯点1 1反弯点的位置反弯点的位置2 2柱的剪力柱的剪力（一）水平荷载下的近似计算（一）水平荷载下的近似计算反弯点法反弯点法1 1基本假定：基本假定：1 1）梁的线刚度比柱的线刚）梁的线刚度比柱的线刚度大得多时，即度大得多时，即 可近似认为结点无转角可近似认为结点无转角/3bcii 2）如不考虑轴向变如不考虑轴向变形的影响，由楼板形的影响，由楼板刚性假设，则同一刚性假设，则同一层的各结点水平位层的各结点水平位移相等移相等h hh hh h同层柱端水平位移相同同层柱端水平位移相同楼板平面内刚度无限大V1V2PPPcEIih侧移刚度侧移刚度d d的物理意义是的物理意义是柱上下两

15、端相对有单位侧移时柱柱上下两端相对有单位侧移时柱中产生的剪力。中产生的剪力。柱的反弯点高度位于距柱底柱的反弯点高度位于距柱底1/21/2处处ui为剪力分配系数；为剪力分配系数；di为第为第j层第层第i根柱的侧移刚度，根柱的侧移刚度，为第为第j层各柱侧移刚度的总和；层各柱侧移刚度的总和；Vp为第为第j层的层剪力，即第层的层剪力，即第j层以上所有本层荷载总和；层以上所有本层荷载总和；Vi为第为第j层第层第i根柱的剪力。根柱的剪力。12.pPiiiPiPiVVddddVVuVdid梁的弯矩根据结点平衡 梁的弯矩刚度分配对于底层柱，由于底端对于底层柱，由于底端固定而上端有转角，反固定而上端有转角，反弯

16、点向上移，弯点向上移，通常假定通常假定反弯点在距底端反弯点在距底端2/32/3h h处。处。（1）计算各柱侧移刚度、把该层总剪力分配到每个柱。）计算各柱侧移刚度、把该层总剪力分配到每个柱。（2）根据各柱分配到的剪力及反弯点位置，计算柱端弯矩。）根据各柱分配到的剪力及反弯点位置，计算柱端弯矩。上层柱：上下端弯矩相等上层柱：上下端弯矩相等 底层柱：底层柱：上端弯矩上端弯矩 下端弯矩下端弯矩 反弯点法的计算步骤反弯点法的计算步骤:（梁柱线刚度之比值大于（梁柱线刚度之比值大于3 3）（3）根据结点平衡计）根据结点平衡计算梁端弯矩算梁端弯矩（4 4）由梁两端的弯矩，以梁为隔离体根据梁的）由梁两端的弯矩，

17、以梁为隔离体根据梁的平衡条件，可求出梁的剪力。平衡条件，可求出梁的剪力。lrlrbbbbMMVVl（5 5）由梁的剪力，根据结点的平衡条件，）由梁的剪力，根据结点的平衡条件，自上而下逐层叠加节点左右的两端剪力，即可得到自上而下逐层叠加节点左右的两端剪力，即可得到柱内轴力。柱内轴力。()nlrikibibiNVV习题：用反弯点法计算图所示的三层等跨框架（层高习题：用反弯点法计算图所示的三层等跨框架（层高为为3.6m,3.6m,跨度为跨度为5m5m）的剪力和弯矩，并绘出弯矩图，图）的剪力和弯矩，并绘出弯矩图，图中括号中的数据为假定弹性模量为单位中括号中的数据为假定弹性模量为单位1 1时的梁柱线刚时

18、的梁柱线刚度。度。120KN100KN80KN(4)(4)(4)(4)(5)(5)(1)(1)(1)(1)(1.5)(1)(1)(1.5)(1)对于层数较多的框架，由于柱轴力大，柱截面也随着增对于层数较多的框架，由于柱轴力大，柱截面也随着增大，梁柱相对线刚度比较接近，大，梁柱相对线刚度比较接近，甚至有时柱的线刚度反而比甚至有时柱的线刚度反而比梁大，梁大，这样，上述假设将产生较大误差。另外，反弯点法计这样，上述假设将产生较大误差。另外，反弯点法计算反弯点高度时，假设柱上下结点转角相等，这样误差也较算反弯点高度时，假设柱上下结点转角相等，这样误差也较大，特别在最上和最下数层。大，特别在最上和最下数

19、层。日本武藤清在分析多层框架的受力特点和变形特点的日本武藤清在分析多层框架的受力特点和变形特点的基础上，对框架在水平荷载作用下的计算，提出了基础上，对框架在水平荷载作用下的计算，提出了修正柱修正柱的侧移刚度和调整反弯点高度的方法，的侧移刚度和调整反弯点高度的方法，修正后的柱侧移刚修正后的柱侧移刚度用度用D D表示，故称为表示，故称为D D值法。值法。1 1、计算步骤与反弯点法相同，计算简便实用。、计算步骤与反弯点法相同，计算简便实用。2 2、计算精度比反弯点法高。、计算精度比反弯点法高。1 1、忽略柱的轴向变形，随结构高度增大，误差增大。、忽略柱的轴向变形，随结构高度增大，误差增大。2 2、非

20、规则框架中使用效果不好。、非规则框架中使用效果不好。梁柱线刚度之比值小于梁柱线刚度之比值小于3 3柱的反弯点高度随梁柱线刚度比、该柱所在楼层位置、上下层梁线刚度比、上下层层高不同而不同（二）水平荷载作用下的改进反弯点法（二）水平荷载作用下的改进反弯点法DD值法值法(梁柱线刚度比较小梁柱线刚度比较小)212hiDc侧移刚度影响系数假定：假定：1、上下层高相等、上下层高相等2、各跨相等、各跨相等3、各层梁柱的线刚度不改变、各层梁柱的线刚度不改变因此：因此：各层层间位移相等；各层梁、柱转角各层层间位移相等；各层梁、柱转角相等。相等。水平荷载作用下的改进反弯点法水平荷载作用下的改进反弯点法DD值法值法

21、柱侧移刚度柱侧移刚度D D的确定的确定基本假定1）柱12以及与柱12相邻各端的转角均为2）柱12以及与柱12上下相邻两柱的线刚度均为ci柱12的变形=侧移引起+结点转角引起上部各层柱上部各层柱i1i3i2i4321icicic3hhh21123222121212(1)12ccccciiihVhhhiDh 1ch 1ch 1121204()2()6()0ccccccMiiiiiiiiiih2343404()2()6()0ccccccMiiiiiiiiiih123424246()242424ccccbcbciiihiiiiiiiii12341()4biiiii与柱相连的梁平均线刚度1i122i3i

22、4i K K为标准框架梁柱的刚度比；为标准框架梁柱的刚度比；值表示梁柱刚度比对柱侧移刚值表示梁柱刚度比对柱侧移刚度的影响。当度的影响。当K K值无限大时，所得值无限大时，所得D D值与值与d d值相等；当值相等；当K K值较小值较小时，时，1 1，D D值小于值小于d d值，因此，称为柱侧移刚度修正系数值，因此，称为柱侧移刚度修正系数 影响柱端约束刚度的主要因素：影响柱端约束刚度的主要因素：结构总层数、该层所在的位置结构总层数、该层所在的位置 梁柱线刚度比梁柱线刚度比 荷载形式荷载形式 上层与下层梁刚度比上层与下层梁刚度比 上、下层层高刚度比上、下层层高刚度比反弯点计算方法反弯点计算方法 标准

23、反弯点高度比标准反弯点高度比：（反弯点到柱下端距离与柱全反弯点到柱下端距离与柱全高的比值高的比值）条件：同层高、同跨度、各层梁和柱线刚度不变，在水平荷载作用下求得的反弯点高度比。查表：根据不同荷载查不同表，由总层数n、该层在位置j、梁柱线刚度比K标准反弯点高度比 0y0yPPhPPhhhhh均布荷载倒三角形荷载y反弯点 上下梁刚度变化时的反弯点上下梁刚度变化时的反弯点高度比修正值 当 时，令 ，由 、K表y1，取正值，反弯点向上移当 时，令 ，由 、K表y1，取负值，反弯点向下移 说明：底层柱，不考虑说明：底层柱，不考虑y y1 1修正修正1y4321iiii)/()(43211iiii143

24、21iiii)/()(21431iiii1的修正第层，不考虑反弯点上移，当反弯点下移，当1143211432114321143210)/()(,0)/()(,yyiiiiiiiiyiiiiiiii上下层高度变化时的反弯点高度比修正值 2y222令上层层高/本层层高h上/h 1y2为正值，反弯点上移 1y2为负值，反弯点下移 说明：顶层柱不考虑说明：顶层柱不考虑y y2 2修正修正 上下层高度变化时的反弯点高度比修正值上下层高度变化时的反弯点高度比修正值y3 令下层层高/本层层高h上/h y3 1y3为负值，反弯点下移 1y3为正值，反弯点上移 说明：底层柱不考虑说明：底层柱不考虑y y3 3修

25、正修正 柱反弯点高度比：3330123yyyyy修正反弯点法D值法 D值 反弯点高度212hiKD3210yyyyy与梁柱刚度比有关的系数与梁柱刚度比有关的系数标准反弯点高度（梁柱线标准反弯点高度（梁柱线刚度比、总层数、层次、刚度比、总层数、层次、侧向荷载形式）侧向荷载形式）上、下层梁柱线刚度不同上、下层梁柱线刚度不同时的反弯点高度修正值时的反弯点高度修正值上层层高与本层不同时的上层层高与本层不同时的反弯点高度修正值反弯点高度修正值下层层高与本层不同时的下层层高与本层不同时的反弯点高度修正值反弯点高度修正值例题：用例题：用D D值法求图示框架内力（值法求图示框架内力（M M、V V、N N图）

26、。图）。1cbii11211K33.012144.033.031122DkNV84.21055.144.02121111K5.022267.05.031122DkNV32.41055.167.011211K33.012144.033.031122DkNV84.21055.144.0kNV22.93018.267.0111K5.01215.067.05.031122D2111K63.02225.084.063.031122DkNV56.113018.284.0111K5.01215.067.05.031122DkNV22.93018.267.055.1D18.2D求柱剪力：求柱剪力：4.010y

27、K011111y02y顶层45.020yK01111111y02y顶层013333y45.0y4.0y013333y4.0y01y底层6.010yK6.0y011122y03y底层55.020yK01y底层012222y03y底层55.0y6.0y求反弯点高度比求反弯点高度比y y：11.530.4-184.2）（上M13.730.45-132.4）（上M11.5上M41.330.484.2下M83.530.4532.4下M41.3下M1.1130.6-122.9）（上M6.1530.55-156.11）（上M1.11上M6.1630.622.9下M1.1930.5556.11下M6.16下M

28、求柱端弯矩：求柱端弯矩：（弯矩单位：KN-m）（弯矩单位弯矩单位：KN-m）4.4水平荷载作用下侧移的近似计算 梁柱弯曲变形产生的侧移(1)剪切型变形 (2)弯曲型变形柱轴向变形产生的侧移悬臂柱剪切变形悬臂柱弯曲变形框架总变形梁柱弯曲变形侧移柱轴向变形侧移特点：底层层间侧移最大，向上逐渐减小特点：顶层层间侧移最大，向下逐渐减小1 1、梁柱弯曲变形产生的侧移、梁柱弯曲变形产生的侧移由抗侧刚度D值的物理意义：单位层间侧移所需的层剪力，可得层间侧移层间侧移公式：ijpjMjDV顶点侧移顶点侧移公式：所有层层间侧移之总和 njMjMn12 2、柱轴向变形产生的侧移、柱轴向变形产生的侧移 随着高层框架的

29、高度增加，柱轴向变形产生的侧移占的比例增大，不容忽视水平荷载作用下，只考虑两根边柱轴力只考虑两根边柱轴力（一拉一压）（一拉一压）M(z)M(z)上部水平荷载对坐标Z 力矩总和 B B两边柱轴线间的距离()1()()HzM zNqz dBB Nj任意水平荷载下柱轴向变形产生的第j层处侧移把框架连续化，根据单位荷载法单位荷载法：NjNj02(/)jHNjzNNEA dzBzHNj/)(Nq（z）对坐标z高度处的力矩 M（z）引起的边柱轴力 为单位集中力作用在j处时 在边柱z高度处产生的轴力Hjj层楼板距底面高度N()1()()HzzM zNqz dBB BzHNj/)(02(/)jHNjzNNEA

30、 dz若假定边柱的截面沿高度线性变化若假定边柱的截面沿高度线性变化，其变化规律为：1()(1)bnA zAzHtbAnAAt-顶层边柱截面面积Ab-底层边柱截面面积积分后得到计算公式：nNjFAEBHV底230V0基底剪力（水平荷载的总和）Fn系数，根据不同荷载形式查图层间变形：NjNjNj1说明：说明：框架总变形梁柱弯曲变形侧移柱轴向变形侧移，框架框架总变形梁柱弯曲变形侧移柱轴向变形侧移，框架变形仍以剪切型为主，底层层间侧移较大变形仍以剪切型为主，底层层间侧移较大 结构侧移包括两种成分，即层间侧移与顶结构侧移包括两种成分，即层间侧移与顶点侧移，限值见表。点侧移，限值见表。刚度问题刚度问题正常

31、使用条件下结构水平位移验算正常使用条件下结构水平位移验算 目的目的防止主要结构开裂、损坏防止填充、装修开裂、损坏防止过大侧移，以引发人的不适、影响正常使用、产生附加内力 表达式表达式双控（弹性位移）双控（弹性位移）层间位移 u/hu/h顶点位移 u/H u/H 荷载组合荷载组合不考虑重力荷载引起的侧移不考虑重力荷载引起的侧移各水平荷载单独作用荷载分项系数取1.0 4.54.5框架设计和构造要求框架设计和构造要求框架内力组合及最不利内力框架内力组合及最不利内力一、一、内力组合及最不利内力内力组合及最不利内力 在恒、活、风及地震作用分别计算内力后，在恒、活、风及地震作用分别计算内力后，要按照要按照

32、“可能与可能与最不利最不利”的原则进行内力组合的原则进行内力组合 目的：求出控制截面的最不利内力目的：求出控制截面的最不利内力1 1、控制截面及最不利内力、控制截面及最不利内力构件截面设计是以控制截面上的最不利内力为依据的构件截面设计是以控制截面上的最不利内力为依据的 控制截面通常是内力最大的截面，但是不同的内力控制截面通常是内力最大的截面，但是不同的内力(如弯矩如弯矩、剪力、剪力)并不一定在同一截面达到最大值，因此并不一定在同一截面达到最大值，因此一个构件可一个构件可能同时有几个控制截面能同时有几个控制截面。框架梁框架梁：两端支座两端支座 跨中跨中上下部主筋maxM箍筋maxV下部主筋max

33、M框架柱框架柱：上下端上下端maxmaxminmax4)()3()2()1(VNMMNMNNM上端或下端：比较小或比较大比较大，）（可能小偏压和相应的和相应的和相应的二、组合前的内力调整二、组合前的内力调整（1 1）将梁柱轴线端内力调将梁柱轴线端内力调整至构件边缘端整至构件边缘端（控制（控制截面）的内力，当梁柱截面）的内力，当梁柱截面高度较小时，此项截面高度较小时，此项调整可略去（偏安全）调整可略去（偏安全）（2 2）竖向荷载（只限于竖向荷载）可考虑梁端出现塑性铰的竖向荷载（只限于竖向荷载）可考虑梁端出现塑性铰的塑性内力重分布塑性内力重分布。通常是降低支座负弯矩，以减少支座处。通常是降低支座负

34、弯矩，以减少支座处上部配筋，方便施工上部配筋，方便施工 支座负弯矩调整系数，对于现浇梁可取支座负弯矩调整系数，对于现浇梁可取0.80.80.90.9，对于装配，对于装配整体式梁取整体式梁取0.60.60.80.8 支座弯矩确定后，为了安全，跨中弯矩必须满足两个要求支座弯矩确定后，为了安全，跨中弯矩必须满足两个要求2/2/)(0210MMMMMM 按简支梁计算时跨中弯矩按简支梁计算时跨中弯矩 经内力调整并组合后的支座弯矩经内力调整并组合后的支座弯矩21MM、M三、水平作用方向三、水平作用方向 风和地震作用可能来自正方向，也可能是负方向，两者的风和地震作用可能来自正方向，也可能是负方向，两者的内力

35、大小相等符号相反，所以内力大小相等符号相反，所以只需计算其中一个方向的内只需计算其中一个方向的内力，另一方向的内力冠以相反符合即可力，另一方向的内力冠以相反符合即可四、内力组合四、内力组合、无地震作用效应组合时：、无地震作用效应组合时：wkwwQKQQGKGSSSS有地震作用效应组合时有地震作用效应组合时wkwwEvkEvEhKEhGEGSSSSS五、五、框架抗震设计的延性要求框架抗震设计的延性要求(一一)、延性的概念、延性的概念 延性是指结构或构件能维持承载能力而又具有较大的塑性延性是指结构或构件能维持承载能力而又具有较大的塑性变形能力的性能，一般用延性比表示延性的大小变形能力的性能，一般用

36、延性比表示延性的大小 延性比定义：延性比定义：结构或构件屈服时的位移结构或构件屈服时的位移 承载力降低（降低承载力降低（降低10102020）时的极限位移）时的极限位移yu/yu顶点位移顶点位移 y y延性结构荷载延性结构荷载位移关系位移关系maxpupypu在在“小震不坏、中震可修、大震不倒小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则下，地震区的的抗震设计原则下，地震区的结构都应该设计成延性结构。即在结构都应该设计成延性结构。即在中等地震下，允许结构某些部位出中等地震下，允许结构某些部位出现塑性铰。只要进行合理的延性结构设计，结构可以通过塑性变形消现塑性铰。只要进行合理的延性结构设计，结构可

37、以通过塑性变形消耗地震能量，做到耗地震能量，做到“大震不倒大震不倒”（而不是靠承载力抵抗大震）（而不是靠承载力抵抗大震）1 1、延性结构设计原则、延性结构设计原则（1 1）强柱弱梁（或强墙弱梁）强柱弱梁（或强墙弱梁）要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出现，尽要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱子中的塑性铰量避免或减少柱子中的塑性铰（2 2）强剪弱弯）强剪弱弯（3 3）强节点、强锚固）强节点、强锚固2 2、保证延性的抗震措施、保证延性的抗震措施（1 1）先划分抗震等级（分四个等级）先划分抗震等级（分四个等级）（2 2）根据抗震等级，按延性设计原则控制）根据抗震

38、等级，按延性设计原则控制计算：内力调整计算：内力调整构造：截面尺寸、主筋、箍筋、锚固等要求构造：截面尺寸、主筋、箍筋、锚固等要求(二)设计要求 结构设计除应满足刚度、强度、整体稳定性要求外，地震结构设计除应满足刚度、强度、整体稳定性要求外，地震区的结构尚应满足延性和薄弱层弹塑性变形限制的要求区的结构尚应满足延性和薄弱层弹塑性变形限制的要求1 1、弹性（正常使用条件下）侧移变形验算（刚度要求）、弹性（正常使用条件下）侧移变形验算（刚度要求）在结构体系、结构布置、构件截面尺寸等初步确定，以及荷在结构体系、结构布置、构件截面尺寸等初步确定，以及荷载计算完毕之后，即可进行风荷载及水平地震作用下的弹载计

39、算完毕之后，即可进行风荷载及水平地震作用下的弹性侧移变形验算，验算如不满足要求，就要改变构件截面性侧移变形验算，验算如不满足要求，就要改变构件截面尺寸，甚至改变结构体系和结构布置尺寸，甚至改变结构体系和结构布置弹性侧移验算表达式为弹性侧移验算表达式为HH/hh/结构的顶点水平位移及层间相对变形结构的顶点水平位移及层间相对变形 结构的总高度及层高结构的总高度及层高、hH、2 2、稳定和抗倾覆验算、稳定和抗倾覆验算 对高宽比对高宽比H/BH/B满足要求的高层结构，整体稳定和抗倾覆一般满足要求的高层结构，整体稳定和抗倾覆一般可以满足要求，很少进行验算可以满足要求，很少进行验算3 3、截面承载力验算（

40、强度要求）、截面承载力验算（强度要求）框架在四种荷载下的内力求出之后进行截面承载力验算框架在四种荷载下的内力求出之后进行截面承载力验算 无地震作用组合：无地震作用组合：有地震作用组合：有地震作用组合：4 4、罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算、罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算REEERSRS/01 1、框架梁的截面尺寸、框架梁的截面尺寸 主梁截面高度主梁截面高度 bblh)181101(：主梁计算跨度：主梁计算跨度bl4/0bhlmmb2004/bhb结构设计步骤汇总结构设计步骤汇总：步骤一：结构布置步骤一：结构布置步骤二：截面初选步骤二：截面初选2 2、框架柱的截面尺寸、框架柱的截面尺寸

41、矩形截面柱的边长，非抗震设计不宜小于矩形截面柱的边长，非抗震设计不宜小于250mm250mm，抗震设，抗震设计不宜小于计不宜小于300mm300mm，圆柱截面直径不宜小于，圆柱截面直径不宜小于350mm350mm 框架柱的轴压比限值框架柱的轴压比限值 (影响柱影响柱承载力和延性的参数承载力和延性的参数)cccbhfN N N 框架柱的轴压比限值框架柱的轴压比限值 (影响柱承载力和延性的参数影响柱承载力和延性的参数)cccbhfN结构类型结构类型抗震等级抗震等级一一二二三三框架框架0.70.70.80.80.90.9框架剪力墙、板柱剪力墙、框架剪力墙、板柱剪力墙、框架核心筒，筒中筒框架核心筒，筒

42、中筒0.750.750.850.850.950.95部分框支剪力墙部分框支剪力墙0.60.60.70.7步骤三：汇集荷载及荷载计算步骤三：汇集荷载及荷载计算 竖向恒荷载竖向恒荷载 竖向活荷载竖向活荷载 水平风荷载水平风荷载 地震作用地震作用步骤四：内力计算步骤四：内力计算 竖向恒荷载作用下内力计算竖向恒荷载作用下内力计算 竖向活荷载作用下内力计算竖向活荷载作用下内力计算 水平风荷载作用下内力计算水平风荷载作用下内力计算 地震作用下内力计算地震作用下内力计算NVM步骤六：控制截面及控制截面内力调整步骤六：控制截面及控制截面内力调整 梁柱轴线端内力调整至构件边缘端梁柱轴线端内力调整至构件边缘端 竖

43、向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布步骤七：内力组合、确定最不利内力步骤七：内力组合、确定最不利内力步骤八：截面尺寸验算步骤八：截面尺寸验算1 1、框架梁受剪截面框架梁受剪截面应符合下列要求应符合下列要求无地震作用组合时无地震作用组合时025.0bhfVcc步骤五：侧移验算步骤五：侧移验算 侧移不满足要求回到步骤一侧移不满足要求回到步骤一有地震作用组合时有地震作用组合时 跨高比大于跨高比大于2.52.5的梁及剪跨比大于的梁及剪跨比大于2 2的柱的柱)2.0(10bhfVccRE 混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不大于混凝土强度影响系数，当混凝土强度

44、等级不大于C50C50时取时取1.01.0；当混凝土强度等级为；当混凝土强度等级为C80C80时取时取0.80.8；当混凝土强；当混凝土强度等级在度等级在C50C50和和C80C80之间时可按线性内插取用之间时可按线性内插取用 矩形截面的宽度，矩形截面的宽度，T T形截面、形截面、I I形截面的腹板宽度形截面的腹板宽度 梁柱截面计算方向有效高度梁柱截面计算方向有效高度 跨高比不大于跨高比不大于2.52.5的梁及剪跨比大于的梁及剪跨比大于2 2的柱的柱)15.0(10bhfVccRECb0h2 2、框架柱截面框架柱截面应符合下列要求应符合下列要求 柱剪跨比不宜小于柱剪跨比不宜小于2 2 柱截面高

45、宽比不宜大于柱截面高宽比不宜大于3 3剪跨比剪跨比影响钢筋混凝土柱破坏形态的重要参数影响钢筋混凝土柱破坏形态的重要参数ccchHVhVHVhM22/00 长柱，发生弯曲破坏长柱，发生弯曲破坏 短柱，发生剪切破坏短柱，发生剪切破坏 极短柱，发生剪切斜拉破坏极短柱，发生剪切斜拉破坏225.1注意：轴压比和剪跨比是影响柱延性的重要参数注意：轴压比和剪跨比是影响柱延性的重要参数步骤九：延性设计调整步骤九：延性设计调整1 1、框架梁强剪弱弯调整、框架梁强剪弱弯调整一、二、三级抗震需调整，四级无需调整一、二、三级抗震需调整，四级无需调整GbnrblbVbVlMMV/)(9 9度抗震设计的结构和一级框架结构

46、尚应符合度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合GbnrbulbuVlMMV/)(1.1 分别为梁左右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯矩设计值。分别为梁左右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯矩设计值。当抗震等级为一级且梁两端弯矩均为负弯矩时，绝对值较小一端的弯当抗震等级为一级且梁两端弯矩均为负弯矩时，绝对值较小一端的弯矩应取零矩应取零 梁剪力增大系数，一、二、三级分别取梁剪力增大系数，一、二、三级分别取1.31.3、1.21.2、1.11.1 梁的净跨梁的净跨 考虑地震作用组合的重力荷载代表值作用下，按简支梁考虑地震作用组合的重力荷载代表值作用下，按简支梁 分析的梁端截面剪力设计值分析的梁端截面剪

47、力设计值rblbMM、VbnlGbV2 2、强柱弱梁调整、强柱弱梁调整（适用于一、二、三级框架柱）（适用于一、二、三级框架柱）9 9度抗震设计的框架柱和一级框架柱尚应符合度抗震设计的框架柱和一级框架柱尚应符合 节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值，可按弹性分析的弯矩比计值之和，上下柱端的弯矩设计值，可按弹性分析的弯矩比例进行分配例进行分配 节点左右梁端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计节点左右梁端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计值之和，当抗震等级为一级且节点左右梁端均为负弯矩时，值之和，当抗震等级为一级且节点左

48、右梁端均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩取为零绝对值较小的弯矩取为零 柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取1.41.4、1.21.2、1.11.1bCCMMbuCMM2.1CMbMC20112011一级为一级为1.7,1.7,二级为二级为1.5,1.5,三级为三级为1.3 1.3，四级，四级1.21.23 3、框架柱强剪弱弯调整、框架柱强剪弱弯调整（适用于一、二、三级框架）（适用于一、二、三级框架）9 9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合nbCtCvcHMMV/)(nbcutcuHMM/)(2.1 分别为柱上下端顺时针或

49、逆时针方向截分别为柱上下端顺时针或逆时针方向截面组合的弯矩设计值面组合的弯矩设计值bCtCMM、4 4、构造要求、构造要求抗震设计时，一、二、三级框架结构的抗震设计时，一、二、三级框架结构的底层柱底截面底层柱底截面的弯的弯矩设计值，应分别采用考虑地震作用组合的弯矩值与增大矩设计值，应分别采用考虑地震作用组合的弯矩值与增大系数系数1.51.5、1.251.25和和 1.151.15的乘积。的乘积。20112011一级为一级为1.5,1.5,二级为二级为1.3,1.3,三级为三级为1.21.2，四级，四级1.11.1步骤十：抗弯承载力计算步骤十：抗弯承载力计算sycsycsyAfbhfAfbxfA

50、f011ahAfbhfahAfxhbxfMMsycsycu02010015.0121 1、框架梁抗弯承载力计算、框架梁抗弯承载力计算 无地震作用组合时无地震作用组合时 由矩形截面受弯极限状态平衡条件可以得到由矩形截面受弯极限状态平衡条件可以得到步骤十：抗弯承载力计算步骤十：抗弯承载力计算 地震作用组合时地震作用组合时 sycsycsyAfbhfAfbxfAf011ahAfbhfahAfxhbxfMMsycsycuRERE02010015.01121抗震设计时梁两端受压区高度限制具体要求如下：一级抗震一级抗震 X X0.25h0.25h0 0b b0 0 ，AsAsAsAs0.50.5；二、三级

51、抗震二、三级抗震 X X0.35h0.35h0 0b b0 0，AsAsAsAs0.3 0.3 步骤十：抗弯承载力计算步骤十：抗弯承载力计算2 2、框架柱抗弯承载力计算、框架柱抗弯承载力计算 无地震作用组合时无地震作用组合时 假定大偏心)()2/(1)()2/(00110011ahAfxhxbfNebfNxahAfxhxbfNebfNxcSycccrEccrEcSyccccc有地震作用组合11001100(/2)()1(/2)()c cc ccyScrEc cc ccyScrENxf bNef b x hxf A haNxf bNef b x hxf A ha有地震作用组合 地震作用组合时地震

52、作用组合时 步骤十一：抗剪承载力计算步骤十一：抗剪承载力计算1 1、框架梁抗剪承载力计算、框架梁抗剪承载力计算 无地震作用组合时无地震作用组合时0025.17.0hsAfbhfVVsvyvtcs)175.1(00hsAfbhfVVsvyvtcs 集中荷载为主的梁集中荷载为主的梁步骤十一：抗剪承载力计算步骤十一：抗剪承载力计算1 1、框架梁抗剪承载力计算、框架梁抗剪承载力计算 地震作用组合时地震作用组合时 集中荷载为主的梁集中荷载为主的梁)25.142.0(100hsAfbhfVVsvyvtREcs)105.1(100hsAfbhfVVsvyvtREcs步骤十一：抗剪承载力计算步骤十一：抗剪承载

53、力计算2 2、框架柱抗剪承载力计算、框架柱抗剪承载力计算 无地震作用组合时无地震作用组合时 地震作用组合时地震作用组合时)07.0175.1(00NhsAfbhfVVsvyvtcs)056.0105.1(100NhsAfbhfVVsvyvtREcsccccAfNAfN3.03.0，步骤十一：抗剪承载力计算步骤十一：抗剪承载力计算有拉力情况下有拉力情况下 无地震作用组合时无地震作用组合时 地震作用组合时地震作用组合时001.75(0.2)1svcstyvAVVf bhfhNs0011.05(0.2)1svcstyvREAVVfbhfhNs步骤十二：构造要求步骤十二：构造要求1 1、框架梁设计应符

54、合下列要求、框架梁设计应符合下列要求（1 1）纵向受拉钢筋的最小配筋率）纵向受拉钢筋的最小配筋率，非抗震设计时不应小于，非抗震设计时不应小于0.20.2和和 二者的较大值；抗震设计时，不应小于规范规定二者的较大值；抗震设计时，不应小于规范规定数值数值ytff/45（2 2）框架梁的面积配箍率）框架梁的面积配箍率SbAnssv AsAs为单肢箍筋截面面积，为单肢箍筋截面面积，n n为肢数，为肢数，s s为箍筋梁跨方向间距，为箍筋梁跨方向间距，b b为梁宽为梁宽说明：说明：箍筋加密区长度箍筋加密区长度:(:(一级一级),(二四级二四级)第一个箍筋应设置在距支座边缘第一个箍筋应设置在距支座边缘50m

55、m50mm处处 箍筋加密区范围内的箍筋肢距：一级箍筋加密区范围内的箍筋肢距：一级 200mm200mm和和2020倍箍倍箍筋直径的较大值，二、三级筋直径的较大值，二、三级 250mm250mm和和2020倍箍筋直径的倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于较大值，四级不宜大于300mm300mm 箍筋应有箍筋应有1351350 0弯钩，弯钩端头直段长度不应小于弯钩，弯钩端头直段长度不应小于1010倍倍箍筋直径和箍筋直径和75mm75mm的较大值的较大值5002 和bh5005.1和bh柱箍筋加密区的体积配箍率柱箍筋加密区的体积配箍率 1 2sk skva ll l sska箍筋单肢面积箍筋单肢面积 s

56、 kl箍筋总长箍筋总长21ll、箍筋包围的混凝土核心面积的两个边长箍筋包围的混凝土核心面积的两个边长箍筋间距箍筋间距yvcvvff/cyvvvff配箍特征值配箍特征值s2 2、框架柱设计应符合下列要求、框架柱设计应符合下列要求s 箍筋要求箍筋要求(1)(1)箍筋加密区的箍筋肢距，一级不宜大于箍筋加密区的箍筋肢距，一级不宜大于200mm200mm，二三级不，二三级不宜大于宜大于250mm250mm和和2020倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm300mm，每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋约束，每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋约束(2)(2)柱箍筋加密区范

57、围：柱箍筋加密区范围：底层柱的上端和其他各层柱的两侧，应取矩形截面柱之底层柱的上端和其他各层柱的两侧，应取矩形截面柱之长边尺寸（或圆形截面柱之直径）、柱净高之长边尺寸（或圆形截面柱之直径）、柱净高之1/61/6和和500mm500mm三者之最大值范围三者之最大值范围 底层柱刚性地面上下各底层柱刚性地面上下各500mm500mm范围范围 底层柱柱根以上底层柱柱根以上1/31/3柱净高的范围柱净高的范围 剪跨比不大于剪跨比不大于2 2的柱全高范围的柱全高范围 一级及二级框架角柱的全高范围一级及二级框架角柱的全高范围框架梁柱节点设计框架梁柱节点设计一、强节点、强锚固一、强节点、强锚固二、节点区设计剪

58、力二、节点区设计剪力三、节点区抗剪验算三、节点区抗剪验算四、梁、柱、锚固及搭接四、梁、柱、锚固及搭接进行抗震验算：进行抗震验算：一、二、三级框架的节点核心区一、二、三级框架的节点核心区不进行抗震验算不进行抗震验算 四级框架节点和各抗震等级的顶四级框架节点和各抗震等级的顶层端节点核心区。层端节点核心区。jV梁柱连接段主要压力和剪力梁柱连接段主要压力和剪力 在剪压作用下出现裂缝在剪压作用下出现裂缝 节点上半部，取隔离节点上半部，取隔离体 ctsykbsykjVAfAfV)(bcrblbbctcbcchHMMhHMMV)1()1(0000bcbbrblbcbcbbrblbjhHahahMMhHaha

59、hMMV)()(ahMMAfAfborblbtsykbsykrbMlbM规范计算公式为：规范计算公式为：设防烈度为设防烈度为9 9度的结构以及一级抗震等级的框架结构度的结构以及一级抗震等级的框架结构 )1)(15.100bcbbrbulbujhHahahMMV其他情况其他情况:一、二级框架节点一、二级框架节点)1)(00bcbbrblbjbjhHahahMMV式中式中V Vj j 梁柱节点核心区组合的剪力设计值；梁柱节点核心区组合的剪力设计值；h hb0b0 梁截面的有效高度，节点两侧梁截面高度不等时可采梁截面的有效高度，节点两侧梁截面高度不等时可采用平均值；用平均值；梁受压钢筋合力点至受压边

60、缘的距离梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离 a20112011规范：一级规范：一级1.51.5，二级，二级1.351.35，三级宜取，三级宜取1.21.2节点核心区抗剪验算节点核心区受剪截面应符合下式要求：节点核心区受剪截面应符合下式要求：)30.0(1jjccjREjhbfV l.设防烈度为9度时 )9.0(1sahAfhbfVsbosvjyvjjtjREj 2.其他情况)5.01.1(1sahAfbbNhbfVsbosvjyvcjjjjtjREj核心区截面有效计算宽度计算核心区截面有效计算宽度计算1.1.当验算方向的梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的时，当验算方向的梁截面宽度不小于该侧柱截面宽

61、度的时，可采用该侧柱截面宽度；当小于柱截面宽度的可采用该侧柱截面宽度；当小于柱截面宽度的1/21/2时，可采时，可采用下列二者的较小值：用下列二者的较小值：cbjhbb5.0 和和 cjbb式中式中 b bj j 节点核心区的截面有效计算宽度；节点核心区的截面有效计算宽度；b bb b梁截面宽度；梁截面宽度；h hc c验算方向的柱截面高度；验算方向的柱截面高度；b bc c验算方向的柱截面宽度。验算方向的柱截面宽度。2.2.当梁、柱的中线不重合且偏心距不大于柱宽的当梁、柱的中线不重合且偏心距不大于柱宽的l l4 4时，时，可采用上公式和下式计算结果的较小值。可采用上公式和下式计算结果的较小值。ehbbbccbj25.0)(5.0式中式中 e e 梁与柱中线偏心距。梁与柱中线偏心距。钢筋的连接和锚固钢筋的连接和锚固 钢筋的连接和锚固钢筋的连接和锚固